ISQ


Förderkennzeichen: MF150220
Projektlaufzeit: 01.04.2016 bis 31.09.2018

Intelligente Schweißzangenregelung zur Qualitätsüberwachung beim Punktschweißen

Das Widerstandspunktschweißen ist ein seit langem eingeführtes zuverlässiges Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden von Blechen vorwiegend aus Stahl, aber auch aus anderen metallischen Werkstoffen. Der Stand der Technik zur Qualitätskontrolle ist hierbei gekennzeichnet durch die Echtzeitüberwachung des Schweißstromes und der Schweißspannung. Bei ungenügender Qualität eines Schweißpunktes wird unmittelbar neben diesem ein weiterer Schweißpunkt gesetzt oder es werden anhand bekannter Fehlerhäufigkeiten von vornherein mehr Schweißpunkte hergestellt, was mit zusätzlichem Aufwand verbunden ist. Ziel des geplanten Projektes ist es deshalb, ein Regelsystem zu schaffen, welches mögliche Fehlergefahren erkennt und bei Bedarf gegensteuert. Insbesondere in der Automobilindustrie gibt es zunehmende Bestrebungen zur prozessgrößenunabhängigen Überwachung und Regelung von Schweißprozessen.

Es kommt ein bereits in Vorgängerprojekten erprobter Faser-Bragg-Gittersensor (FBG-Sensor) mit einer Auswerteeinheit zum Einsatz. Dabei werden Dehnungs-Zeitverläufe auf der Oberfläche der Schweißzange während des Schweißprozesses zunächst interferenzoptisch und somit prozessgrößenunabhängig erfasst, digitalisiert und als Regelgrößen bereitgestellt. Das Kernstück der Regelung stellen eine digitale Filterung und die Berechnung der Steuergröße dar. Mit der Filterung sollen Rauschanteile und periodische Störgrößen eliminiert und ggf. qualitätsbestimmende Merkmale verstärkt werden. Die Signalverarbeitung ist so auszuführen, dass das gefilterte Signal bereits am Beginn eines Schweißprozesses ausreichend statistisch gesicherte Rückschlüsse auf die zu erwartende Qualität des Schweißpunktes zulässt und mit der Regelung korrigierend eingegriffen werden kann.

Das Versuchsequipment wurde angepasst und es wurden erste Grundversuche an einem Punktschweißroboter der SLV Halle durchgeführt. Die  Auswertung der dabei aufgenommenen Sensorsignale erbrachte den grundsätzlichen Funktionsnachweis des Messprinzips an einem Schweißroboter. Es wurden Regel- und Filteralgorithmen entworfen und mit modellierten Signalverläufen simuliert. Anhand der Ergebnisse erfolgte die Festlegung von Filterkenngrößen und Auswerteparametern für nachfolgende experimentelle Untersuchungen.

Für die weiteren Arbeiten sind vorrangig Schweißversuche mit der Aufnahme und Auswertung von Sensorsignalen vorgesehen. Dabei sollen die Materialien der Schweißproben sowie technologische Schweißparameter, einschließlich bewusster Herbeiführung von Schweißfehlern, variiert werden, um  deren Einflüsse auf die Signalcharakteristik analysieren zu können. In den darauffolgenden Arbeiten sind schließlich Versuche zur Regelung des Schweißprozesses geplant.